[发明专利]交联型嵌段磺化聚芳醚酮聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明属于有机化工技术领域，具体涉及一种交联型嵌段磺化聚芳醚酮聚合物及其制备方法和应用。本发明的交联型嵌段磺化聚芳醚酮聚合物与传统的磺酸基团在主链上聚合相比，含甲氧基的低聚体在聚合的时候温度只需要控制在50‑90 ^oC，反应温度的降低使得工业上更容易得到推广，交联型嵌段磺化聚芳醚酮膜的合成工艺简单，具有较高的磺化度，与现有的无规共聚膜相比，可以形成较高的相分离，电导率不依赖吸水率或者IEC，可以在较低的IEC条件下获得较高的电导率。交联型嵌段磺化聚芳醚酮膜在机械性能上有很大的优势，主要体现在高杨氏模量，优秀的机械性能使得质子交换膜在燃料电池系统中能够获得更好的持久性。

技术领域

本发明属于有机化工技术领域，具体涉及一种交联型嵌段磺化聚芳醚酮聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

磺化型质子交换膜在燃料电池、氯碱工业、膜分离技术和航空航天技术等领域有广泛的用途。

在质子交换膜燃料电池中，质子交换膜是关键部位之一。现今商品化的质子交换膜有Dupont公司的Nafion膜，这种全氟磺酸型的质子交换膜具有电导率高，化学稳定性好，机械性能强等优点。但是高昂的制备工艺，以及较高的甲醇透过率限制了Nafion膜的推广与运用。近年来开发高性能非氟型质子交换膜成为该领域的核心，经过多年的努力，已经取得了很大的进展。磺化聚芳醚酮是一种性能较为优异的质子交换膜，其电导率高，化学稳定性好，制备工艺简单。然而这类材料的磺酸基团往往直接接在主链上，使得电导率非常依赖本身的离子交换容量水平IEC。很多文献通过提高IEC值来获得高的电导率，然而当IEC的值增加到一定高度时，就会带来质子交换膜的不可避免的溶胀，过度的尺寸变化则会带来机械性能的急剧下降。

现有的技术中，McGrath课题组研发了很多嵌段型磺化聚合物质子交换膜，获得了很高的电导率，但是这种膜缺乏侧链结构，以致于膜的电导率依赖IEC。Guiver课题组研发了很多侧链型磺化聚合物质子交换膜，但是他们的膜都不是嵌段形式，也没有任何交联结构，膜的电导率极度依赖于吸水率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种交联型嵌段磺化聚芳醚酮聚合物及其制备方法和应用。本发明的交联型嵌段磺化聚芳醚酮聚合物与传统的磺酸基团在主链上聚合相比，含甲氧基的低聚体在聚合的时候温度只需要控制在50-90℃，反应温度的降低使得工业上更容易得到推广，交联型嵌段磺化聚芳醚酮膜的反应合成工艺简单，具有较高的磺化度，与现有的无规共聚膜相比，可以形成较高的相分离，电导率不依赖吸水率或者IEC，可以在较低的IEC条件下获得较高的电导率。

为解决现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：一种交联型嵌段磺化聚芳醚酮聚合物，结构式如下：

其中，Ar₁代表R＝—H或—OCH₃；

P代表其中l＝1-8；

m，n分别代表亲水嵌段与疏水嵌段的个数，其中m取值10-50之间的整数，n取值5-30之间的整数。

进一步地，所述Ar₂与Ar₄相同或不同，代表

进一步地，所述Ar₃代表

所述的交联型嵌段磺化聚芳醚酮聚合物的制备方法，包括如下步骤：

(1)以Ar₁和Ar₂为前驱体，在有机溶剂中通氮气升温至140-180℃反应3-6h，再加入连接剂降温至50-90℃反应一段时间，在异丙醇中析出得到带有甲氧基的低聚体A，所述低聚体A的化学通式是